초록 ▼

현장조사 결과 참숯을 생산하는 숯가마 탄화과정에서 배출되는 배가스는 탄소입자를 포함한 고농도의 미세먼지가 발생하고, 점착성이 높은 목타르를 다량으로 함유하고 있는 것으로 나타났다. 특히, 목타르는 배가스를 이송하고 처리하기 위한 송풍 덕트와 처리장치 및 송풍기에 침착되어 덕트의 막힘과 각종 유틸리티의 손상 및 고장의 원인이 되고 있었다. 숯가마 배가스 처리장로는 세정탑, 사이클론, 여과집진장치, 후연소 장치 등이 설치되어 있었지만, 숯가마 배가스에는 점착성이 높은 목타르의 발생과 이에 대한 유지관리 기술의 부족 때문에 대기오염방지장

현장조사 결과 참숯을 생산하는 숯가마 탄화과정에서 배출되는 배가스는 탄소입자를 포함한 고농도의 미세먼지가 발생하고, 점착성이 높은 목타르를 다량으로 함유하고 있는 것으로 나타났다. 특히, 목타르는 배가스를 이송하고 처리하기 위한 송풍 덕트와 처리장치 및 송풍기에 침착되어 덕트의 막힘과 각종 유틸리티의 손상 및 고장의 원인이 되고 있었다. 숯가마 배가스 처리장로는 세정탑, 사이클론, 여과집진장치, 후연소 장치 등이 설치되어 있었지만, 숯가마 배가스에는 점착성이 높은 목타르의 발생과 이에 대한 유지관리 기술의 부족 때문에 대기오염방지장치가 정상적으로 가동되지 못하는 것으로 나타났다. 또한, 숯가마 탄화과정에서 배출되는 배가스에는 수분량이 20~50%로 높은 수준이었고, 이를 회수하여 일부 목초액으로 활용하고 있었지만, 대부분은 대기 중으로 배출되면서 악취 발생원이 되고 있었다. 악취의 주 원인물질로는 황화수소와 메틸머캅탄 등의 황계열물질과 아세트알데하이드와 프로피온알데하이드, 부틸알데하이드 등의 알데하이드류로 나타났다. 또한, 미연가스인 CO와 CH₄의 농도가 수% 수준의 고농도로 배출되고 있었다.
따라서, 숯가마 탄화과정에서 배출되는 미세탄소입자와 목타르, 악취물질과 가연성분인 CO와 CH₄의 동시에 처리하고, 유지관리가 쉽고, 운전비용이 적은 숯버너를 이용하는 후연소장치의 구성이 바람직 할 것으로 판단하였다. 후연소장치의 주연료는 숯제조 과정에서 부산물로 발생하는 숯 부스러기를 이용하여 유지관리 비용을 최소로 하고자 하였다.
또한, 후연소장치(숯버너)에서 발생하는 고열을 회수하고, 미세먼지를 동시에 처리할 수 있는 관성충돌형 폐열회수장치를 구성하였고, 회수한 공정 폐열은 온수 및 난방과 흡수식 냉동기를 구성하여 냉방에 활용하거나 ORC 터빈을 구성하여 소규모 발전을 하여 취득한 폐열을 경제적으로 활용하고자 하였다. 숯가마 탄화과정에서 배출되는 배가스 처리를 위한 후연소장치(숯버너)-관성충돌형 폐열회수 및 집진장치-폐열활용장치를 구성하여 실규모의 숯가마 현장에 설치하여 장기 운전한 결과 미세먼지 및 탄소입자의 처리효율이 90% 이상, 유해물질인 TVOC 95% 이상, 악취물질 98% 이상의 처리 효율을 나타내었다.
또한, 현장조사와 모형실험을 통한 배출계수의 개발과 활동도 조사를 통하여 숯가마에서 배출되는 PM 및 블랙카본의 배출량을 산정한 결과 TSP 배출량이 9,098.2톤/년, PM₁₀ 배출량이 8,643.3톤/년, PM_2.5 배출량이 8,188.4톤/년으로 산정되었으며, 블랙카본 배출량(TC)은 4,607.3톤/년이며, 이중 EC의 배출량은 1,291.9톤/년(28.0%), OC배출량은 3,315.4톤/년(72.0%)으로 산정되었다. 지역별로는 강원도 및 경기도의 배출량이 전체 배출량의 약 70.0%를 차지하는 것으로 나타났다. 저감 효율이 90%인 저감장치를 숯제조용 업체 및 찜질용 숯가마 업체에 장착하여 정상적으로 가동될 경우, TSP, PM₁₀, PM_2.5배출량은 각각 8,188톤/년, 7,779톤/년, 7,370톤/년의 저감 잠재량을 가지고 있으며, 블랙카본 배출량은 각각 4,147톤/년의 저감 잠재량을 가지고 있기에 이에 따른 대기질 개선에 기여할 수 있을 것으로 보인다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
In the field study, the exhaust gas from the carbonization process was found in significant concentration of particulate matter with carbon particles and high viscosity wood tar. Wood tar has been known to cause the clogging and failure of the ducts and the various utilities. The curre

Ⅳ. Results
In the field study, the exhaust gas from the carbonization process was found in significant concentration of particulate matter with carbon particles and high viscosity wood tar. Wood tar has been known to cause the clogging and failure of the ducts and the various utilities. The current exhaust treatment processes include wet scrubbers, cyclones, bag filters, and afterburners. Those processes are not effective in controlling the exhaust from biomass burning. The water content in the exhaust, which ranged from 20% to 50%, became a source of odor annoyance. The exhaust gas not only contained odorants such as sulfur compounds(i.e., hydrogen sulfide and methyl mercaptan) and aldehydes, but also products of incomplete combustion such as methane and carbon monoxide.
In this study, an afterburner was chosen to treat fine carbon particles, wood tars, odorants, methane, and carbon monoxide in technical and economical considerations. Charcoal debris was a reasonable alternative as the fuel of the afterburner
For recovering waste heat from the afterburner and reducing particulate matters from the exhaust, a heat recovery unit with inertial impaction was considered. The system utilized heat to produce thermal energy and generate power.
In the field study, the integrated process, which consists of afterburner, heat recovery unit with inert impaction, bag filter, and waste heat utilization, has been operated. The process has been proven to present the 90% removal efficiency of articulate matters and carbon particles, the 95% removal efficiency of total volatile organic compounds, and the 98% removal efficiency of odorants.
Emission factors of exhaust gas from biomass burning was calculated based on the field study and the model test. Emission factors of total suspended particulate(TSP), PM₁₀, and PM_2.5 were 9,098.2 ton/year, 8,643.3 ton/year, and 8,188.4 ton/year, respectively. Annual emission of black carbon was close to 4,607.3 ton with 28% of EC(1,291.9 ton/year) and 72% of OC(3,315.4 ton/year). By region, Gangwon province and Gyeonggi province recorded 70% of the national emission. The exhaust control system is expected to reduce the emission of TSP(8,188 ton/year of reduction potential), PM₁₀(7,779 ton/year), PM_2.5(7,370 ton/year), black carbon(4,147 ton/year), and PAHs(17 ton/year), and contributes to improve air quality.